還在被Java NIO虐？該試試Netty了！

時間 2021-04-14

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首先聲明，本文是爲Netty新手準備的，因此事無鉅細的會把步驟列出來，老手們就不用在我這篇文章上浪費時間了，要否則你會嫌我墨跡的。css

1、前言

Netty是一個開源的異步事件驅動的網絡應用程序框架，用於快速開發可維護的高性能協議服務器和客戶端。html

Netty的創始人是韓國人trustin lee，他如今韓國line公司工做，早前應用較多的Mina也是這牛人的做品。java

Netty目前的項目leader是德國人Norman maurer（以前在Redhat，全職開發Netty）,也是《Netty in action》的做者，目前是蘋果公司高級工程師，同時也常常參加netty相關的技術會議，這兩大牛長下面這樣：
程序員

Netty的優勢，簡單一句話：使用簡單、功能強大、性能強悍。數據庫

Netty的特色：apache

高併發：Netty 是一款基於 NIO（Nonblocking IO，非阻塞IO）開發的網絡通訊框架，對比於 BIO（Blocking I/O，阻塞IO），他的併發性能獲得了很大提升。bootstrap

傳輸快：Netty 的傳輸依賴於零拷貝特性，儘可能減小沒必要要的內存拷貝，實現了更高效率的傳輸。設計模式

封裝好：Netty 封裝了 NIO 操做的不少細節，提供了易於使用調用接口。數組

Netty的優點：緩存

使用簡單：封裝了 NIO 的不少細節，使用更簡單。

功能強大：預置了多種編解碼功能，支持多種主流協議。

定製能力強：能夠經過 ChannelHandler 對通訊框架進行靈活地擴展。

性能高：經過與其餘業界主流的 NIO 框架對比，Netty 的綜合性能最優。

穩定：Netty 修復了已經發現的全部 NIO 的 bug，讓開發人員能夠專一於業務自己。

社區活躍：Netty 是活躍的開源項目，版本迭代週期短，bug 修復速度快。

Netty高性能表如今哪些方面？

IO 線程模型：同步非阻塞，用最少的資源作更多的事。

內存零拷貝：儘可能減小沒必要要的內存拷貝，實現了更高效率的傳輸。

內存池設計：申請的內存能夠重用，主要指直接內存。內部實現是用一顆二叉查找樹管理內存分配狀況。

串形化處理讀寫：避免使用鎖帶來的性能開銷。

高性能序列化協議：支持 protobuf 等高性能序列化協議。

BIO、NIO和AIO的區別是什麼？
這三個概念分別對應三種通信模型：阻塞、非阻塞、非阻塞異步，概念這裏就不寫了，你們能夠度娘搜一下，網上好多博客說Netty對應NIO，準確來講，應該是既能夠是NIO，也能夠是AIO，就看你怎麼實現，這三個的區別以下：

BIO：一個鏈接一個線程，客戶端有鏈接請求時服務器端就須要啓動一個線程進行處理,線程開銷大。僞異步IO：將請求鏈接放入線程池，一對多，但線程仍是很寶貴的資源。

NIO：一個請求一個線程，但客戶端發送的鏈接請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到鏈接有I/O請求時才啓動一個線程進行處理。

AIO：一個有效請求一個線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務器應用去啓動線程進行處理。

BIO是面向流的，NIO是面向緩衝區的；BIO的各類流是阻塞的。而NIO是非阻塞的；BIO的Stream是單向的，而NIO的channel是雙向的。

NIO的特色：事件驅動模型、單線程處理多任務、非阻塞I/O，I/O讀寫再也不阻塞，而是返回0、基於block的傳輸比基於流的傳輸更高效、更高級的IO函數zero-copy、IO多路複用大大提升了Java網絡應用的可伸縮性和實用性。基於Reactor線程模型。

2、Netty能作什麼？

學技能都是爲了可以應用到實際工做中去，誰也不是爲了學而學、弄着玩不是，那麼Netty能作什麼呢？主要是在兩個方面：

如今物聯網的應用無處不在，大量的項目都牽涉到應用傳感器和服務器端的數據通訊，Netty做爲基礎通訊組件、可以輕鬆解決以前有較高門檻的通訊系統開發，你不用再爲如何解析各種簡單、或複雜的通信協議而薅頭髮了，有過這方面開發經驗的程序員會有更深入、或者說刻骨銘心的體會。
如今互聯網系統講究的都是高併發、分佈式、微服務，各種消息滿天飛，Netty在這類架構裏面的應用可謂是如魚得水，若是你對當前的各類應用服務器不爽，那麼徹底能夠基於Netty來實現本身的HTTP服務器，FTP服務器，UDP服務器，RPC服務器，WebSocket服務器，Redis的Proxy服務器，MySQL的Proxy服務器等等。

3、掌握Netty有什麼好處呢？

直接的好處是：可以有進大廠、拿高薪的機會，業內好多著名的公司在招聘高級/資深Java工程師時基本上都要求熟練掌握、或熟悉Netty。

這個名單還能夠很長很長。。。

做爲一個學Java的，若是沒有研究過Netty，那麼你對Java語言的使用和理解僅僅停留在表面水平，會點SSH，寫幾個MVC，訪問數據庫和緩存，這些只是初、中等Java程序員乾的事。若是你要進階，想了解Java服務器的深層高階知識，Netty絕對是一個必需要過的門檻。

間接地好處是：多款開源框架中應用了Netty，掌握了Netty，就具備分析這些開源框架的基礎了，也就是有了成爲技術大牛的基礎。

這些開源框架有哪些呢？簡單羅列一些典型的，以下：

阿里分佈式服務框架 Dubbo 的 RPC 框架；

淘寶的消息中間件 RocketMQ；

Hadoop 的高性能通訊和序列化組件 Avro 的 RPC 框架；

開源集羣運算框架 Spark；

分佈式計算框架 Storm；

併發應用和分佈式應用 Akka；

名單依然很長很長。。。。

4、動手開幹、實現一個傳輸字符串的簡單實例

在開始動手以前，必要的基礎概念仍是要知道的，要否則代碼敲下來，功能卻是實現了，但對Netty仍是一頭霧水，這就不是本文要達到的目的了。

本示例須要用到的基礎知識主要有如下幾方面的東東，這些知識點最好有一個大概的瞭解，要否則，看實例會有必定的困難。

掌握Java基礎

掌握Maven基礎

熟悉IntelliJ IDEA集成開發工具的使用，這個工具簡稱IDEA

知道TCP、Socket的基本概念

一、Netty的組件

I/O：各類各樣的流（文件、數組、緩衝、管道。。。）的處理（輸入輸出）。

Channel：通道，表明一個鏈接，每一個Client請對會對應到具體的一個Channel。

ChannelPipeline：責任鏈，每一個Channel都有且僅有一個ChannelPipeline與之對應，裏面是各類各樣的Handler。

handler：用於處理出入站消息及相應的事件，實現咱們本身要的業務邏輯。

EventLoopGroup：I/O線程池，負責處理Channel對應的I/O事件。

ServerBootstrap：服務器端啓動輔助對象。

Bootstrap：客戶端啓動輔助對象。

ChannelInitializer：Channel初始化器。

ChannelFuture：表明I/O操做的執行結果，經過事件機制，獲取執行結果，經過添加監聽器，執行咱們想要的操做。

ByteBuf：字節序列，經過ByteBuf操做基礎的字節數組和緩衝區。

二、基礎環境準備

基礎環境準備主要有三個方面：JDK安裝及環境變量設置、Maven安裝及環境變量設置、IDEA安裝及基本設置。

2.一、JDK安裝及環境變量設置

JDK下載，能夠從官方如今，也能夠度娘上隨便搜下載連接，最新版是JDK14，我這裏下載的是JDK8，用8仍是14哪一個版本無所謂，均可以，但要注意一點的是，如今從JDK的官網Oracle下載須要帳號了，沒帳號的可下不了啦，不知道在搞什麼東東。
官網下載地址：https://www.oracle.com ，截圖以下：

下載完，一路Next安裝完，在建立Java環境變量設置，[此電腦]右鍵-->[屬性]-->[高級系統設置]-->[環境變量]-->[系統變量]，截圖以下：

Java環境變量建立完畢後，在DOS窗口執行命令：java -version，測試一下是否正常

2.二、Maven安裝及環境變量設置

Maven功能很強大，但你們不用擔憂、本實例中僅僅是利用其便利的jar包依賴、jar包依賴傳遞，基本上沒有任何學習成本。

jar包依賴、jar包依賴傳遞的概念以下圖，清楚明瞭，都不用多作解釋：

Maven是下載，解壓縮後，配置環境變量後就能用，不用安裝的。

下載地址https://downloads.apache.org/maven/maven-3/3.6.3/binaries/

安裝：下載壓縮包，解壓，文件夾拷貝到所想存儲的位置（如C盤根目錄）

配置環境變量，和Java的環境變量配置同樣的，建立MAVEN_HOME,指向Maven文件夾，再在path中添加進去就行，以下圖：

因爲直接衝Maven的中央倉庫中自動下載jar包較慢，通常在Maven的配置文件中，增長阿里雲的公共倉庫配置，這樣會顯著加快jar包的下載速度，以下：

上面的環境變量設置完後，經過DOS窗口中輸入命令：mvn -version 進行驗證是否成功，以下：

2.三、IDEA安裝及基本設置

IDEA的下載和安裝就很少說了，其版本分旗艦版和社區版，旗艦版收費，社區版免費，社區版不支持html、js、css等，但對於本實例，社區版就夠用了，但若是你不在意那點銀子，能夠考慮旗艦版，一步到位，萬一後面咱們還要作WEB系統開發能夠省得折騰。

其安裝不用多說，一路Next就行，安裝完後，在其配置裏面指定一下JDK、Maven的位置就好了，以下圖：
Maven指定：[File]-->[setting]-->[Build,Excution,Deployment]-->[Build Tools]-->[Maven]

JDK指定：[File]-->[Project Structure]-->[Project Setting]-->[Project]

三、在IDEA中建立Maven工程

新建工程

填寫包名及工程名稱

Maven配置

生成工程，自動建立Maven的依賴文件

在pom.xml中配置Netty依賴

通過上面的步驟，咱們的Maven工程就已經建立完畢，如今能夠編寫Netty的第一個程序，這個程序很簡單，傳輸一個字符串，雖然程序很簡單，可是已經可以大致上反映Netty開發通訊程序的一個總體流程了。

四、Netty開發的基本流程

Netty開發的基本流程很簡潔，服務器端和客戶端都是這個套路，以下：

Netty開發的實際過程，這是一個簡化的過程，但已經把大概流程表達出來了，綠色的表明客戶端流程、藍色的表明服務器端流程，注意標紅的部分，見下圖：

4.1 建立客戶端類

建立Handler

首先建立Handler類，該類用於接收服務器端發送的數據，這是一個簡化的類，只重寫了消息讀取方法channelRead0、捕捉異常方法exceptionCaught。

客戶端的Handler通常繼承的是SimpleChannelInboundHandler，該類有豐富的方法，心跳、超時檢測、鏈接狀態等等。

代碼以下：

package com.jcj.helloworld;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.channel.ChannelHandler;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * @Auther: 江成軍
 * @Date: 2020/6/1 11:12
 * @Description: 通用handler，處理I/O事件
 */
@ChannelHandler.Sharable
public class HandlerClientHello extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf>
{
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf) throws Exception
    {
        /**
        * @Author 江成軍
        * @Date 2020/6/1 11:17
        * @Description  處理接收到的消息
        **/
        System.out.println("接收到的消息："+byteBuf.toString(CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception
    {
        /**
        * @Author 江成軍
        * @Date 2020/6/1 11:20
        * @Description  處理I/O事件的異常
        **/
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }
}

代碼說明：

@ChannelHandler.Sharable,這個註解是爲了線程安全，若是你不在意是否線程安全，不加也能夠。

SimpleChannelInboundHandler ，這裏的類型能夠是ByteBuf，也能夠是String，還能夠是對象，根據實際狀況來。

channelRead0，消息讀取方法，注意名稱中有個0。

ChannelHandlerContext，通道上下文，代指Channel。

ByteBuf,字節序列，經過ByteBuf操做基礎的字節數組和緩衝區，由於JDK原生操做字節麻煩、效率低，因此Netty對字節的操做進行了封裝，實現了指數級的性能提高，同時使用更加便利。

CharsetUtil.UTF_8，這個是JDK原生的方法，用於指定字節數組轉換爲字符串時的編碼格式。

建立客戶端啓動類

客戶端啓動類根據服務器端的IP和端口，創建鏈接，鏈接創建後，實現消息的雙向傳輸。

代碼較簡潔，以下：

package com.jcj.helloworld;

import com.sun.org.apache.bcel.internal.generic.ATHROW;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.util.CharsetUtil;

import java.net.InetSocketAddress;

/**
 * @Auther: 江成軍
 * @Date: 2020/6/1 11:24
 * @Description: 客戶端啓動類
 */
public class AppClientHello
{
    private final String host;
    private final int port;

    public AppClientHello(String host, int port)
    {
        this.host = host;
        this.port = port;
    }

    public void run() throws Exception
    {
        /**
        * @Author 江成軍
        * @Date 2020/6/1 11:28
        * @Description  配置相應的參數，提供鏈接到遠端的方法
        **/
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();//I/O線程池
        try {
            Bootstrap bs = new Bootstrap();//客戶端輔助啓動類
            bs.group(group)
                    .channel(NioSocketChannel.class)//實例化一個Channel
                    .remoteAddress(new InetSocketAddress(host,port))
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>()//進行通道初始化配置
                    {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception
                        {
                            socketChannel.pipeline().addLast(new HandlerClientHello());//添加咱們自定義的Handler
                        }
                    });

            //鏈接到遠程節點；等待鏈接完成
            ChannelFuture future=bs.connect().sync();

            //發送消息到服務器端，編碼格式是utf-8
            future.channel().writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("Hello World", CharsetUtil.UTF_8));

            //阻塞操做，closeFuture()開啓了一個channel的監聽器（這期間channel在進行各項工做），直到鏈路斷開
            future.channel().closeFuture().sync();

        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        new AppClientHello("127.0.0.1",18080).run();
    }

}

因爲代碼中已經添加了詳盡的註釋，這裏只對極個別的進行說明：

ChannelInitializer，通道Channel的初始化工做，如加入多個handler，都在這裏進行。

bs.connect().sync()，這裏的sync()表示採用的同步方法，這樣鏈接創建成功後，才繼續往下執行。

pipeline()，鏈接創建後，都會自動建立一個管道pipeline，這個管道也被稱爲責任鏈，保證順序執行，同時又能夠靈活的配置各種Handler，這是一個很精妙的設計，既減小了線程切換帶來的資源開銷、避免好多麻煩事，同時性能又獲得了極大加強。

4.2 建立服務器端類

建立Handler

和客戶端同樣，只重寫了消息讀取方法channelRead(注意這裏不是channelRead0)、捕捉異常方法exceptionCaught。

另外服務器端Handler繼承的是ChannelInboundHandlerAdapter，而不是SimpleChannelInboundHandler，至於這二者的區別，這裏不贅述，你們自行百度吧。

代碼以下：

package com.jcj.helloworld;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandler;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import io.netty.util.CharsetUtil;

/**
 * @Auther: 江成軍
 * @Date: 2020/6/1 11:47
 * @Description: 服務器端I/O處理類
 */
@ChannelHandler.Sharable
public class HandlerServerHello extends ChannelInboundHandlerAdapter
{

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)  throws Exception
    {
        //處理收到的數據，並反饋消息到到客戶端
        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        System.out.println("收到客戶端發過來的消息: " + in.toString(CharsetUtil.UTF_8));

        //寫入併發送信息到遠端（客戶端）
        ctx.writeAndFlush(Unpooled.copiedBuffer("你好，我是服務端，我已經收到你發送的消息", CharsetUtil.UTF_8));
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception
    {
        //出現異常的時候執行的動做（打印並關閉通道）
        cause.printStackTrace();
        ctx.close();
    }

}

以上代碼很簡潔，你們注意和客戶端Handler類進行比較。

建立服務器端啓動類

服務器端啓動類比客戶端啓動類稍顯複雜一點，先貼出代碼以下：

package com.jcj.helloworld;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

import java.net.InetSocketAddress;

/**
 * @Auther: 江成軍
 * @Date: 2020/6/1 11:51
 * @Description: 服務器端啓動類
 */
public class AppServerHello
{
    private int port;

    public AppServerHello(int port)
    {
        this.port = port;
    }

    public void run() throws Exception
    {
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();//Netty的Reactor線程池，初始化了一個NioEventLoop數組，用來處理I/O操做,如接受新的鏈接和讀/寫數據
        try {
            ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();//用於啓動NIO服務
            b.group(group)
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) //經過工廠方法設計模式實例化一個channel
                    .localAddress(new InetSocketAddress(port))//設置監聽端口
                    .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        //ChannelInitializer是一個特殊的處理類，他的目的是幫助使用者配置一個新的Channel,用於把許多自定義的處理類增長到pipline上來
                        @Override
                        public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {//ChannelInitializer 是一個特殊的處理類，他的目的是幫助使用者配置一個新的 Channel。
                            ch.pipeline().addLast(new HandlerServerHello());//配置childHandler來通知一個關於消息處理的InfoServerHandler實例
                        }
                    });

            //綁定服務器，該實例將提供有關IO操做的結果或狀態的信息
            ChannelFuture channelFuture= b.bind().sync();
            System.out.println("在" + channelFuture.channel().localAddress()+"上開啓監聽");

            //阻塞操做，closeFuture()開啓了一個channel的監聽器（這期間channel在進行各項工做），直到鏈路斷開
            channelFuture.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            group.shutdownGracefully().sync();//關閉EventLoopGroup並釋放全部資源，包括全部建立的線程
        }
    }

    public static void main(String[] args)  throws Exception
    {
        new AppServerHello(18080).run();
    }

}

代碼說明：

EventLoopGroup，實際項目中，這裏建立兩個EventLoopGroup的實例，一個負責接收客戶端的鏈接，另外一個負責處理消息I/O，這裏爲了簡單展現流程，讓一個實例把這兩方面的活都幹了。

NioServerSocketChannel，經過工廠經過工廠方法設計模式實例化一個channel，這個在你們尚未可以熟練使用Netty進行項目開發的狀況下，不用去深究。

到這裏，咱們就把服務器端和客戶端都寫完了 ，如何運行呢，先在服務器端啓動類上右鍵，點Run 'AppServerHello.main()'菜單運行，見下圖：

而後，再一樣的操做，運行客戶端啓動類，就能看見效果了。